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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen eines Werkstücks, insbesondere unter Anwenden von elektrolytischer Nachbearbeitung auf Honsteine.
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Zum Nachbearbeiten einer Innenoberfläche eines zylindrischen Werkstücks, wie etwa einer Zylinderbohrung für ein Automobil, ist ein hoher Grad an Präzision erforderlich. Zu diesem Zweck wird das Werkstück mittels einer Honvorrichtung einer Honbehandlung unterzogen. Durch die Honbehandlung wird es möglich, die Behandlungspräzision wirksam zu verbessern, wie etwa der Rundheits-, Geradheits- und Rauigkeitsgrade in Bezug auf eine Innenoberfläche einer Zylinderwand oder dgl., die durch Feinbohren und Schleifen behandelt worden ist.
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Die Honvorrichtung enthält ein Honwerkzeug, das Honsteine (Schleifräder) in der Form radial angeordneter rechteckiger Stangen enthält. Hierbei üben die Honsteine einen Kontaktdruck auf eine Innenoberfläche eines zylindrischen Werkstücks aus, um dies in Bezug auf den Durchmesser des Werkstücks in Richtung nach außen zu schleifen. Daher wird das Werkstück durch die hin und her gehende Drehung des Honwerkzeugs über die Gesamtlänge des Werkstücks schleifend nachbearbeitet.
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Wenn eine Honbehandlung mit der Honvorrichtung ausgeführt wird, drehen sich die Honsteine in Umfangsrichtung hin und her und bewegen sich gleichzeitig in Längsrichtungen des zylindrischen Werkstücks (nachfolgend wird dies als drehende Hin- und Herbewegung bezeichnet). Im Ergebnis wird auf der Oberfläche des Werkstücks eine Schleifspur in der Form eines spiraligen Netzes ausgebildet, das als Kreuzschraffurmuster bezeichnet wird. Das Kreuzschraffurmuster hat die Funktion, darin Schmieröl zurückzuhalten, was für eine Zylinderbohrung einer Brennkraftmaschine erforderlich ist.
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Allgemein gesagt hat jeder der Honsteine die Form einer rechteckigen Stange, die aus extrem harten und kleinen Schleifpartikeln, wie etwa Aluminiumoxid und Siliciumcarbid, hergestellt ist, wobei die Partikel durch ein Bindemittel verbunden sind. Es werden Honsteine verwendet, die, während ein Werkstück geschliffen wird, ausgezeichnete autogene Eigenschaften haben, d. h. selbstnachbearbeitende Eigenschaften (ein Phänomen, dass frische Schleifpartikel nach dem Verschleiß hervortreten, und abgeflachte Schleifpartikel herausfallen).
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Selbst wenn man ausgezeichnete Honsteine auswählt, verändert sich die Bearbeitungspräzision des Werkstücks in Abhängigkeit von der autogenen Eigenschaft des Materials. Die autogenen Zyklen der Honsteine werden z. B. durch unterschiedliche Verarbeitungspräzision von Werkstücken beeinträchtigt, die zuvor etwa durch Feinbohren und Schleifen behandelt worden sind, durch unterschiedliche Formen der Honsteine aufgrund der Herstellung der Honsteine, sowie Verunreinigung der bei der Honbehandlung verwendeten Honflüssigkeit.
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Wenn das autogene Phänomen der Honsteine über die Oberfläche der Steine hinweg nicht gleichmäßig gehalten wird, können einige Nachteile auftreten. Es wird nämlich möglich, dass Schleifstaub/rest in Lücken gepresst wird, die an den Oberflächen der Honsteine ausgebildet sind (Laden/Verstopfen), dass die ursprüngliche unebene Oberfläche der Schleifpartikel verschleißt und abgeflacht wird, ohne dass die verschlissenen Schleifpartikel herausfallen (Abflachen/Dellenbildung), und die Schleifpartikel schon bei einem kleinen Schleifwiderstand oder Aufprall (Abwurf) herausfallen, die Rauigkeit der Behandlungsoberfläche abnimmt, die Behandlungsoberfläche durch Schleifen getempert wird und die Honsteine durch Bruch während des Schleifbetriebs beschädigt werden. Darüber hinaus kann die Bearbeitungszeit zu lang ausgeweitet werden. Dementsprechend ist es notwendig, die Honsteine häufig einer Nachbearbeitungsbehandlung zu unterziehen.
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Es sind viele Arten von Bearbeitungsmaßnahmen zum Nachbearbeiten von Steinen vorgeschlagen worden. Z. B. zeigt 7, dass ein Honstein-Nachbearbeitungselement 103 oberhalb eines Werkstücks W angebracht wird. Das Nachbearbeitungselement 103 hat die Form eines Hohlzylinders und ist mit einer Einsetzführung 102 integriert, die auch die Form eines Hohlzylinders hat. Die Einsetzführung 102 wird zum Einführen eines Honwerkzeugs 105 in das Werkstück W verwendet, sodass das Honwerkzeug 105 von der zylindrischen Innenoberfläche Wa des Werkstücks W umgeben ist. Die Honbehandlung wird durch ein rotierendes Element 101 auf das Werkstück W angewendet. Der Innendurchmesser des Nachbearbeitungselements 103 und der Arbeitsdurchmesser der Honsteine 106 des Honwerkzeugs 105 werden so vorbereitet, dass sie angenähert gleich sind, und dann werden die Nachbearbeitungssteine 104 an der Innenseite des Nachbearbeitungselements 103 vorgesehen.
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Die zylinderförmige Innenoberfläche Wa des Werkstücks W wird mittels des Honwerkzeugs
105 einer Honbehandlung unterzogen. Die Einsetzführung
102 und das Nachbearbeitungselement
103 werden, zu einer geeigneten Zeit zur Nachbearbeitung, durch das rotierende Element
101 in Drehung versetzt. Dann wird das Honwerkzeug
105 in ein Nachbearbeitungselement
103 eingesetzt, welches die Honsteine
106 in radialer Richtung nach außen drückt. Dementsprechend stehen die Honsteine
106 nach außen vor, um den Nachbearbeitungsstein
104 zu kontaktieren. Das Honwerkzeug
105 führt in diesem Zustand eine drehende Hin- und Herbewegung durch. In der
JP H07-96462 A ist offenbart, dass die Honsteine
106 durch die drehende Hin- und Herbewegung einer Nachbearbeitung unterzogen werden, während der Honstein
106 an dem Honwerkzeug
105 verbleibt.
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Andererseits wird häufig ein Metallverbundrad verwendet, das durch Kombination von Honsteinen mit Schleifpartikeln über eine elektrisch leitfähige Verbindung, die aus Bronze oder Gusseisen hergestellt ist, erhalten wird. Als Nachbearbeitungsprozesse für solche Honsteine werden verschiedene elektrolytische Nachbearbeitungsverfahren vorgeschlagen.
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Z. B. zeigt
8, dass ein Honsteinhalter
112 zur elektrolytischen Nachbehandlung an einem Honkopf
111 vorgesehen ist. Ein Honstein
115, der aus Schleifpartikeln und einer elektrisch leitfähigen Verbindung hergestellt ist, ist an dem Honsteinhalter
112 vorgesehen. In diesem Zustand wird eine Elektrode
113 durch den Honsteinhalter
112 nahe an eine Bearbeitungsoberfläche gebracht, d. h. eine Außenoberfläche des Honsteins
115, die an einer vorbestimmten Position angeordnet ist. Die Elektrode
113 hat eine Oberfläche
113a (gegenüberliegende Fläche
113a), die einen Querschnitt in der Form eines Kreisbogens hat. Die gegenüberliegende Oberfläche
113a ist gegenüber der Außenoberfläche des Honsteins
115 mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen angeordnet. Der gegenüberliegenden Oberfläche
113a wird eine elektrisch leitfähige Honflüssigkeit, wie etwa ein wässriges Kühlmittel, durch einen Kanal
113b zugeführt. Ferner ist ein Spannungsanlegeelement
114 zwischen dem Honstein
115 und der Elektrode
113 vorgesehen. Mit dieser Vorrichtung wird das Anlegen einer vorbestimmten Spannung zwischen dem Honstein
115 und der Elektrode
113 gleichzeitig damit ausgeführt, dass einem Abschnitt zwischen dem Honstein
115 und der Elektrode
113 die elektrisch leitfähige Honflüssigkeit zugeführt wird. Somit wird der elektrolytische Nachbearbeitungsprozess durch Elektrolysieren der elektrisch leitfähigen Verbindung an der Außenoberfläche des Honsteins
115 durchgeführt, um zu bewirken, dass die Schleifpartikel von der Außenoberfläche des Honsteins
115 vorstehen. Diese Art von elektrolytischem Nachbearbeitungsverfahren ist aus der
JP 2001-062721 A bekannt.
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Die
JP 2 838 314 B2 offenbart ein Verfahren zum abwechselnden Durchführen von elektrolytischer Nachbearbeitung und Honbehandlungen. Zur Ausführung dieses Verfahrens wird ein Werkstück
122 auf einem drehbaren Spanner
121 an einem Prozessor vorgesehen, und ein Metallverbundrad
125 wird an einem Spanner (nicht gezeigt) vorgesehen, der zu dem Werkstück
122 weist und eine drehende Hin- und Herbewegung durchführt. Es wird auch eine Elektrode
124 verwendet, die eine zum Rad
125 weisende Elektrodenoberfläche
124a sowie eine Honflüssigkeits-Zufuhröffnung
124b aufweist. Zwischen dem Rad
125 und der Elektrode
124 wird eine vorbestimmte Spannung erzeugt, während sich das Rad
125 an einer Position zwischen dem Werkstück
122 und der Elektrode
124 vor und zurück dreht. Gleichzeitig wird von der Honflüssigkeits-Zufuhröffnung
124b zu einem Zwischenraum zwischen dem Rad
125 und der Elektrode
124 eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit, wie etwa Kühlmittel, zugeführt. Auf diese Weise werden die elektrolytischen Nachbearbeitungs- und Honbehandlungen abwechselnd ausgeführt.
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Die
JP H07-96462 A hat jedoch eine solche Struktur, dass Positionen des Nachbearbeitungselements
103 und der Einsetzführung
102 ausgetauscht werden, um nach dem Schleifen der Werkstücke das Nachbearbeiten der Honsteine
106 auszuführen. Daher ist vor der Nachbearbeitungsbehandlung der Honsteine
106 ein zusätzlicher Schritt, d. h. für das Positionieren der Einsetzführung
102 und des Nachbearbeitungselements
103, erforderlich. Dementsprechend wird die Gesamtdauer des Honzyklus verlängert, und daher besteht die Möglichkeit, dass die lange Betriebszeit die Effizienz der Honbehandlung beeinträchtigen könnte. Darüber hinaus ist es nicht möglich, den Nachbearbeitungszustand und die Nachbearbeitungszeitgebung ohne Messung der Bearbeitungspräzision des Werkstücks zu bewerten. Daher ist es schwierig, dieses Verfahren auf ein kontinuierlich betriebenes Massenproduktionssystem anzuwenden.
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In der
JP 2001-062721 A ist es erforderlich, einen Honhalter
112 an dem Honkopf
111 vorzusehen, und Honsteine
115 an dem Honhalter, um die Honsteine
115 nachzubearbeiten. Hier wird anstelle des Honwerkzeugs der Honhalter
112 zur elektrolytischen Nachbearbeitung an dem Honkopf
112 angebracht, und die von dem Honwerkzeug abgenommenen Honsteine
115 werden an dem Honhalter
112 vorgesehen. Darüber hinaus werden die Honsteine
115, die der Nachbearbeitungsbehandlung unterzogen worden sind, wieder an dem Honwerkzeug vorgesehen, und der von dem Honkopf
111 abgenommene Honhalter
112 wird zum Honwerkzeug zurückgebracht. Dementsprechend ist zur Benutzung der Vorrichtung ein komplexer Betrieb erforderlich, und es sind viele Betriebsschritte enthalten, um die Honsteine
115 der Nachbehandlung zu unterziehen. Das macht den Honzyklus lang, und die Effizienz des Honvorgangs könnte abnehmen.
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Zusätzlich zum Obenstehenden ist es bei der
JP 2 838 314 B2 erforderlich, dass elektrolytische Nachbearbeitungs- und Honbehandlungen abwechselnd durchgeführt werden. Diese abwechselnde Durchführung erfolgt durch Erzeugen einer vorbestimmten Spannung zwischen dem Metallverbundrad
125 und der Elektrode
124 während der drehenden Hin- und Herbewegung des Rads
25 zwischen dem Werkstück
122 und der Elektrode
124, was gleichzeitig mit der Zufuhr der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit, wie etwa von Kühlmittel, zu einem Zwischenraum zwischen dem Rad
125 und der Elektrode
124 ausgeführt wird. Wenn die Nachbearbeitungsschleifbehandlung mittels einer Honflüssigkeit durchgeführt wird, die eine geringe elektrische Leitfähigkeit oder im Wesentlichen keine elektrische Leitfähigkeit hat, ist es nur möglich, einen geringen elektrischen Strom in der Schleifflüssigkeit zu erhalten, und daher besteht die Möglichkeit, dass der elektrische Strom durch die elektrolytische Nachbearbeitung unstabil wird oder nicht zur Verfügung steht. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, dass die elektrolytische Nachbearbeitungsfähigkeit wesentlich verringert wird oder verloren geht.
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Die
DE 33 12 604 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Werkzeugen nach Art von Honleisten, bei der die Honleisten zur Aufbereitung aus dem Honwerkzeug entnommen und in ein Spezialwerkzeug zur Aufbereitung eingesetzt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum effizienten und stabilen Durchführen von Schleifoperationen in Bezug auf Werkstücke anzugeben, um Produkte mit ausgezeichneter Qualität herzustellen, wobei eine elektrolytische Nachbearbeitung von Honsteinen innerhalb einer kurzen Dauer zwischen den Schleifoperationen zum Beseitigen eines zu starken Abschliffs der Honsteine durchgeführt werden kann.
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Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Schleifen von Werkstücken angegeben, umfassend Anbringen von Honsteinen an einem Honwerkzeug, wobei jeder der Honsteine Schleifpartikel sowie eine elektrisch leitfähige Verbindung zum Befestigen der Schleifpartikel aneinander aufweist; Schleifen der Werkstücke mit den Honsteinen unter Anwendung einer Honflüssigkeit, die im Wesentlichen keine elektrisch leitfähige Eigenschaft hat, wie etwa öliges Kühlmittel, auf einen Bereich zwischen dem Werkstück und den Honsteinen, wobei die Werkstücke während einer Serie von Prozessperioden aufeinanderfolgend geschliffen werden, während zwischen die Prozessperioden Nichtprozessperioden eingefügt werden, wobei jedes der Werkstücke in einer der Prozessperioden geschliffen wird; Durchführen einer elektrolytischen Nachbearbeitung in Bezug auf die Honsteine durch Anwendung einer Elektrode, die mit einem Zwischenraum dazwischen zu den Honsteinen weist, wobei zwischen die Honsteine und die Elektrode in der Gegenwart einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit, vorzugsweise wässriges Kühlmittel, in dem Zwischenraum zwischen den Honsteinen und der Elektrode eine Spannung angelegt wird, wobei die elektrolytische Nachbearbeitung während den Nichtprozessperioden ausgeführt wird, wobei das Honwerkzeug zur elektrolytischen Nachbearbeitung während einer Nichtprozessperiode von einer Prozesseinheit zu einer elektrolytischen Nachbearbeitungseinheit überführt wird.
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Wenn als die elektrisch leitfähige Flüssigkeit das wässrige Kühlmittel verwendet wird, ist es wegen der Verfügbarkeit einfach, die vorliegende Erfindung auszuführen. Ferner wird durch die Anwendung des Kühlmittels das Honwerkzeug nicht beeinträchtigt.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum effizienten und stabilen Durchführen von Schleifvorgängen in Bezug auf Werkstücke anzugeben, um Produkte mit ausgezeichneter Qualität herzustellen, wobei eine elektrolytische Nachbearbeitung an Honsteinen innerhalb einer kurzen Dauer zwischen den Schleifoperationen zum Beseitigen eines zu starken Abschliffs der Honsteine durchgeführt werden kann.
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Zur Lösung der obigen Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Schleifen von Werkstücken angegeben, umfassend: ein mit Honsteinen versehenes Honwerkzeug, wobei jeder der Honsteine Schleifpartikel und eine Verbindung zum Befestigen der Schleifpartikel aneinander aufweist; eine Prozesseinheit, die einen Werkstückträger zum Tragen der Werkstücke sowie ein Honflüssigkeitszufuhrelement zum Zuführen von Honflüssigkeit mit im Wesentlichen keiner elektrisch leitfähigen Eigenschaft, wie etwa öliges Kühlmittel, enthält, wobei die Werkstücke durch die Honsteine unter Anwendung der Honflüssigkeit auf einen Bereich zwischen dem Werkstück und den Honsteinen geschliffen werden, wobei die Werkstücke während einer Serie von Prozessperioden in der Prozesseinheit aufeinanderfolgend geschliffen werden, wobei zwischen die Prozessperioden Nichtprozessperioden eingefügt sind, wobei jedes der Werkstücke in einer der Prozessperioden geschliffen wird; und eine elektrolytische Nachbearbeitungseinheit, die ein Gefäß zur Aufbewahrung von elektrisch leitfähiger Flüssigkeit, vorzugsweise wässriges Kühlmittel, eine Elektrode sowie ein Spannungsanlegeelement enthält, wobei die Elektrode und das Spannungsanlegeelement in dem Gefäß vorgesehen sind und mit einem Zwischenraum einander gegenüberliegen, wobei das Spannungsanlegeelement an die Honsteine eine Spannung anlegt, wobei eine elektrolytische Nachbearbeitung in Bezug auf die Honsteine durch Anlegen einer Spannung zwischen den Honsteinen und der Elektrode in der Gegenwart der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit in dem Zwischenraum zwischen den Honsteinen und der Elektrode ausgeführt wird, wobei die elektrolytische Nachbearbeitung während den Nichtprozessperioden in der elektrolytischen Nachbearbeitungseinheit ausgeführt wird und Mittel zum Überführen des Honwerkzeugs zur elektrolytischen Nachbearbeitung während einer Nichtprozessperiode von der Prozesseinheit zu der elektrolytischen Nachbearbeitungseinheit.
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Es ist bevorzugt, dass die Vorrichtung zum Schleifen von Werkstücken ferner ein Prozessdauermesselement zum Messen der Längen der Prozessperioden umfasst, wobei die elektrolytische Nachbearbeitung an den Honsteinen angewendet wird, wenn das Prozessdauermesselement detektiert, dass die Längen der Prozessperioden einen vorbestimmten Schwellenwert erreichen. Mittels des Prozessdauermesselements können exzellente Produkte, die zufriedenstellend geschliffen worden sind, erhalten werden, da es sich verhindern lässt, dass die Honsteine zu stark abgeschliffen werden. Eventuell kann die Prozessdauer verkürzt werden, weil immer Honsteine mit guter Schleifleistung verwendet werden.
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Auch ist es bevorzugt, dass die elektrolytische Nachbearbeitung durchgeführt wird, sobald eine vorbestimmte Anzahl der Nichtprozessperioden abgelaufen ist. Durch diese Maßnahme wird es möglich, eine zufriedenstellende Schleifleistung stabil zu halten, und Produkte mit einer stabilen Qualität zu erhalten.
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Zusätzlich ist es bevorzugt, dass das Honwerkzeug einen drehbaren Honwerkzeughauptkörper enthält, der an einem vertikal bewegbaren Honkopf befestigbar ist, wobei die Honsteine als radial angeordnete rechteckige Stangen konfiguriert sind, die an einer Außenumfangsoberfläche des Honwerkzeughauptkörpers vorgesehen sind, und die Elektrode als Hohlzylinder konfiguriert ist, um darin den Honkopfhauptkörper und die Honsteine aufzunehmen, wenn der Honwerkzeughauptkörper durch den Träger des Honkopfs nach unten bewegt wird, wobei die Honsteine einer zylindrischen Oberfläche der Elektrode mit einem vorbestimmten Abstand, der sich von den Honsteinen zu der zylindrischen Oberfläche erstreckt, gegenüberliegen.
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Auch bevorzugt ist es, dass das Honwerkzeug ferner Honschuhe und eine Stange zum Auswärtsdrücken der Honsteine aufweist, wobei der Honwerkzeughauptkörper als Hohlzylinder konfiguriert ist, dessen zylindrische Wand sich entlang der Mittelachse des Honwerkzeugs erstreckt, wobei ein oberer Teil des Honwerkzeughauptkörpers so konfiguriert ist, dass er von dem Honkopf gehalten wird, wobei der Honwerkzeughauptkörper in der zylindrischen Wand eine Mehrzahl von Honschuhführungsöffnungen aufweist, wobei die Öffnungen die zylindrische Wand durchsetzen und sich – bei Betrachtung von einem Ende des Hauptkörpers her – radial erstrecken, und sich auch vertikal entlang der Gesamtlänge der Mittelachse des Honwerkzeugs erstrecken, wobei die Honschuhe so konfiguriert sind, dass sie in die jeweiligen Öffnungen der zylindrischen Wand des Honwerkzeughauptkörpers hineinpassen und darin in radialen Richtungen verschiebbar sind, wobei die Honsteine an Außenoberflächen der Honschuhe vorgesehen sind, wobei die Stange die Honschuhe auswärts drückt, sodass sie sich von der Mittelachse des Honwerkzeugs wegbewegen.
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In der obigen Vorrichtung ist es bevorzugt, dass der Honwerkzeughauptkörper aus Eisenmaterial hergestellt ist. Der aus Eisenmaterial hergestellte Hauptkörper ist weithin auf allgemein verwendete Honwerkzeuge anwendbar, die aus Eisen hergestellt sind, und kann wirtschaftlich hergestellt werden.
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Auch ist es bevorzugt, dass die Honschuhe in der Vorrichtung der Erfindung aus rostfreiem Stahl hergestellt sind. Die Rostentwicklung im Verlauf der elektrolytischen Nachbearbeitung der Honschuhe kann unterbunden werden, indem aus rostfreiem Stahl hergestellte Honschuhe angewendet werden. Im Ergebnis kann eine glattgängige Bewegung der Honschuhe in Bezug auf die Honschuhführungsöffnungen erhalten bleiben, ohne durch die Rostentwicklung beeinträchtigt zu werden.
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Die Erfindung und viele der einhergehenden Vorteile werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher verständlich, worin:
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1 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Schleifvorrichtung;
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2 ist ein schematisches Diagramm eines Honwerkzeugs;
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3 ist ein Diagramm des Honwerkzeugs von 2, bei Betrachtung in Richtung von Pfeil A in 2;
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4 ist ein schematisches Diagramm einer Prozesseinheit;
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5 ist ein schematisches Diagramm der elektrolytischen Nachbearbeitungseinheit;
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6 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Schleifvorgangs;
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7 ist ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Vorrichtung zur Nachbearbeitung eines Honsteins;
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8 ist ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Vorrichtung zur elektrolytischen Nachbearbeitung eines Honsteins; und
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9 ist ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Vorrichtung zur elektrolytischen Nachbearbeitung eines Honsteins.
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Weitere Merkmale dieser Erfindung werden im Verlauf der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen ersichtlich, die nur zur Veranschaulichung der Erfindung dienen und deren Umfang nicht einschränken sollen.
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Nun werden Ausführungsbeispiele der Erfindung für ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen eines Werkstücks und zur elektrolytischen Nachbearbeitung von Honsteinen im Detail in Bezug auf ein Honbehandlungsverfahren und eine Honbehandlungsvorrichtung erläutert, wie sie in den 1 bis 6 gezeigt sind.
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1 ist ein schematisches Diagramm einer Honvorrichtung, und 2 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Struktur eines Honwerkzeugs 10. Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist ein Honwerkzeug 10 an einem Schleifkopf 1 drehbar aufgehängt. Der Honkopf 1 ist eine Antriebseinheit, die einen Spindelmotor oder dgl. enthält. Das Honwerkzeug 10 ist an dem Honnkopf 1 so gelagert, dass er in der vertikalen Richtung bewegbar ist und auch um eine senkrechte Mittelachse Z herum drehbar ist. Der Honkopf 1 und das Honwerkzeug 10 bewegen sich zwischen einer Prozesseinheit I und einer Nachbearbeitungseinheit II, wie sie in 1 gezeigt sind. In der Prozesseinheit wird eine Schleif-, d. h. Honbehandlung an einem Werkstück, wie etwa einer Zylinderbohrung für eine Brennkraftmaschine, durchgeführt, welche eine zylindrische Innenwand Wa aufweist.
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3 ist ein Diagramm zur Darstellung des Honwerkzeugs 10 bei Betrachtung in Richtung von Pfeil A in 2. Wie in 2 und 3 gezeigt, enthält das Honwerkzeug 10 einen Honwerkzeughauptkörper 11 in der Form eines Hohlzylinders. Das Oberende des Honwerkzeughauptkörpers 11 ist an dem Honkopf 1 befestigt. An dem Außenumfang des Honwerkzeughauptkörpers 11 sind eine Mehrzahl von Honschuhführungsöffnungen, z. B. 12 Öffnungen, mit gleichen Intervallen dazwischen vorgesehen. Jede der Führungsöffnungen erstreckt sich von dem Außenumfang des Honwerkzeughauptkörpers 11 zur Achse X, bei Betrachtung von einem Ende des Honwerkzeughauptkörpers 11 her. Jede der Führungsöffnungen erstreckt sich auch vertikal entlang der Gesamtlänge der Achse X. Erste Honschuhe 13A und zweite Honschuhe 13B sind abwechselnd radial so angeordnet, dass sie in den Führungsöffnungen sitzen. Die Honschuhe 13A und 13B gleiten in zwei Richtungen, d. h. zur Achse Z hin und davon weg, unter der Führung der Führungsöffnungen 12.
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Die ersten und zweiten Honschuhe 13A und 13B haben die Form von Blöcken. Jeder der Blöcke hat eine Radeinsetznut 13a am Außenende in Bezug auf die radiale Richtung des Honwerkzeugs 10. Die Radeinsetznuten 13a am Außenende der Honschuhe 13A und 13B erstrecken sich entlang der Längsrichtung der Achse Z. Die Honschuhe 13A und 13B haben Seitenflächen 13b, die Seitenwände 12b der Honschuhführungsöffnungen 12 kontaktieren. Ferner sind jeweilige Eingriffsnuten 13c und 13d am Oberende und Unterende der Außenumfänge der Honschuhe 13A und 13B ausgebildet (2).
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Der erste Honschuh 13A hat einen Innenrand, der einen oberen Innenrand und einen unteren Innenrand aufweist. Der obere Innenrand und der untere Innenrand haben jeweils eine obere Schrägfläche 13Aa und eine untere Schrägfläche 13Ab. Jede der Schrägflächen 13Aa und 13Ab ist graduell derart geneigt, dass ein horizontaler Abstand zwischen dem oberen Teil der Schrägfläche 13Aa oder 13Ab und der Achse Z länger ist als jener zwischen dem unteren Teil der Schrägfläche 13Aa oder 13Ab und der Achse Z. Ähnlich hat der zweite Honschuh 13B einen Innenrand, der einen oberen Innenrand und einen unteren Innenrand aufweist. Der obere Innenrand und der untere Innenrand haben jeweils eine obere Schrägfläche 13Ba und eine untere Schrägfläche 13Bb. Jede der Schrägflächen 13Ba und 13Bb ist graduell geneigt, sodass ein horizontaler Abstand zwischen dem oberen Teil der Schrägfläche 13Ba oder 13Bb und der Achse Z länger ist als jener zwischen dem unteren Teil der Schrägfläche 13Ba oder 13Bb und der Achse Z. Ringförmige Federbänder 13a und 14b sind in die Eingriffsnuten 13c und 13d, die in den Honschuhen 13A und 13B ausgebildet sind, als durchmesserminimierende Kraftvorspannelemente eingesetzt. Die ersten und zweiten Honschuhe 13A und 13B werden von den Federbändern 13a und 14b zur Achse Z hin gedrückt. Die Honschuhe 13A und 13B werden nämlich durch die Bänder 13a und 14b vorgespannt, um ein Aggregat mit kleinem Durchmesser zu bilden.
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Die Honsteine 20 (Räder) in der Form von Blöcken, die sich in Richtung der Rotationsachse Z des Honwerkzeugs 10 erstrecken, sind in den Radeinsetznuten 13a in den ersten und zweiten Honschuhen 13A und 13B vorgesehen. Die Honsteine 20 sind hier Metallverbundräder, die Partikel, die aus Diamant, CBN (kubischem Bornitrid), kristallinem Aluminiumoxid, Siliciumcarbid oder dgl. hergestellt sind, sowie eine elektrisch leitfähige Verbindung, die aus Bronze oder Gusseisen hergestellt ist, um die Partikel miteinander zu kombinieren, enthalten.
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Ferner sind eine Mehrzahl von Honführungselement-Befestigungsnuten 11a am Außenumfang des Honwerkzeughauptkörpers 11 mit gleichen Intervallen vorgesehen und erstrecken sich in Längsrichtung der Achse Z. Hier rechteckig ausgebildete Honführungselemente 16 sind aus einem Material, wie etwa Keramik, hergestellt und erstrecken sich in Längsrichtung der Achse Z. Die Honführungselemente 16 sind über Halterungen 15 in den Nuten 11a vorgesehen. Die Abstände von der Achse Z zu den Außenumfangsoberflächen 16a der Honführungselemente 16 sind identisch. Luftkanäle 11b sind in den Honwerkzeughauptkörper 11 perforiert und erstrecken sich zu den Außenumfangsoberflächen 16a der Honführungselemente 16, um darin Öffnungen zu bilden. Die Luftkanäle 11b sind vorgesehen, um den Abstand (Zwischenraum) zwischen der Außenumfangsoberfläche 16a des Honführungselements 16 und einer Schleifoberfläche eines Werkstücks mittels eines Luftmikrometers (nicht gezeigt) präzise zu messen. Der Zwischenraum wird durch den Wert des Luftdrucks gemessen.
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Eine erste Stange 17A, die die Honschuhe 13A nach auswärts drückt, ist in dem Honwerkzeughauptkörper 11 so vorgesehen, dass sie den Honwerkzeughauptkörper 11 vertikal durchsetzt. Wie der Querschnitt in 2 zeigt, hat die erste Stange 17A eine obere Schrägfläche 17Aa und eine untere Schrägfläche 17Ab, die jeweils eine Neigung haben, die sich zum unteren Teil der ersten Stange 17A verjüngt. Ein horizontaler Abstand zwischen den unteren Teilen der Schrägflächen zur Achse Z ist nämlich kleiner als jener zwischen den oberen Teilen der Schrägflächen zur Achse Z. Die obere Schrägfläche 17Aa und die untere Schrägfläche 17Ab der Stange 17A gleiten jeweils auf den oberen Schrägflächen 13Aa und den unteren Schrägflächen 13Ab der Honschuhe 13A.
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Eine zweite Stange 17B, die die Honschuhe 13B auswärts drückt, ist auch in dem Honwerkzeughauptkörper 11 vorgesehen und ist mit der ersten Stange 17A verbunden. Die zweite Stange 17B hat eine obere Schrägfläche 17Ba und eine untere Schrägfläche 17Bb, die jeweils eine Neigung haben, die sich zum unteren Teil der zweiten Stange 17B hin verjüngt. Ein horizontaler Abstand zwischen den unteren Teilen der Schrägflächen und der Achse Z ist nämlich kleiner als jener zwischen den oberen Teilen der Schrägflächen und der Achse Z. Die obere Schrägfläche 17Ba und die untere Schrägfläche 17Bb der Stange 17B gleiten jeweils auf der oberen Schrägfläche 13Ba und der unteren Schrägfläche 13Bb der Honschuhe 13B.
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Die erste Stange 17A und die zweite Stange 17B werden durch Traktion eines im Honkopf 1 vorgesehenen Auf- und Abwärtsbewegungsmechanismus (nicht gezeigt) gezogen und die Traktion wird gelöst. Eine Feder 18, die in dem Honwerkzeughauptkörper 11 vorgesehen ist, übt auf die ersten und zweiten Stangen 17A und 17B immer eine Kraft in Abwärtsrichtung in Bezug auf den Honwerkzeughauptkörper 11 aus.
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Wenn die durch den Aufwärts- und Abwärtsbewegungsmechanismus erzeugte Traktion in dem Honkopf 1 gelöst wird, bewegt sich die erste Stange 17A nach unten, und die obere Schrägfläche 17Aa und die untere Schrägfläche 17Ab der ersten Stange 17A werden, aufgrund der Vorspannkraft der Feder 18, in Druckkontakt mit den oberen Schrägflächen 13Aa und den unteren Schrägflächen 13Ab der ersten Honschuhe 13A gebracht. Dementsprechend drückt die erste Stange 17A die ersten Honschuhe 13A in Bezug auf den Durchmesser des Honwerkzeugs 10 nach außen, sodass sich die ersten Honschuhe 13A von der Achse Z wegbewegen. Wenn sich die zweite Stange 17B nach unten bewegt, werden ähnlich die oberen und unteren Schrägflächen 17Ba und 17Bb der ersten Stange 17B in Druckkontakt mit den oberen Schrägflächen 13Ba und den unteren Schrägflächen 13Bb der ersten Honschuhe 13B gebracht. Dementsprechend drückt die erste Stange 17B die ersten Honschuhe 13B in Bezug auf den Durchmesser des Honwerkzeughauptkörpers 11 nach außen, sodass sich die ersten Honschuhe 13B von der Mittelachse Z wegbewegen.
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Wenn die ersten und zweiten Stangen 17A und 17B durch den Aufwärts- und Abwärtsbewegungsmechanismus nach oben gezogen werden, entgegen der von der Feder ausgeübten Kraft, wird die Druckausübung, auf die oberen Schrägflächen 13Aa und die unteren Schrägflächen 13Ab der ersten Honschuhe 13A durch die obere Schrägfläche 17Aa und die untere Schrägfläche 17Ab der ersten Stange 17A aufgehoben. Nachdem die Druckausübung durch die ersten und zweiten Stangen 17A und 17B gelöst ist, bewegen sich die ersten und zweiten Honschuhe 13A und 13B aufgrund der Spannkraft der Federbänder 14a und 14b zur Achse Z hin. Hierdurch werden die Honschuhe 13A und 13B zu einem Aggregat mit kleinem Durchmesser gebündelt.
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Eine Isolierbehandlung wird an einem Abschnitt zwischen dem Honkopf 1 und den ersten und zweiten Stangen 17A und 17B des Honwerkzeugs 10 angewendet. Wie in 2 gezeigt, ist der Honwerkzeughauptkörper 11 mit einer Elektrode 39 versehen. Die Elektrode 39 ist mit den Honsteinen 20 über den Honwerkzeughauptkörper 11, die ersten und zweiten Honschuhe 13A und 13B verbunden, sodass eine elektrische Leitfähigkeit zwischen der Elektrode 39 und den Honsteinen 20 hergestellt wird.
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Wenn der Honwerkzeughauptkörper 11 sowie die ersten und zweiten Stangen 17A und 17B aus elektrisch leitfähigen Eisenmaterialien hergestellt sind und sich aufgrund elektrolytischer Nachbearbeitung (wird später diskutiert) daran Rost entwickelt, könnte die Gleitbewegung der ersten und zweiten Honschuhe 13A und 13B in Bezug auf die Honschuhführungsöffnungen 12 verhindert werden, d. h. die glattgängige Bewegung könnte verloren gehen. Um eine solche Inaktivierung der Bewegung zu verhindern, ist es bevorzugt, die ersten und zweiten Honschuhe 13A und 13B aus einem elektrisch leitfähigen, aber nicht oxidierenden Material herzustellen, wie etwa rostfreiem Stahl. Auch bevorzugt ist es, als die Federbänder 14A und 14B O-Ringe zu verwenden, die aus Materialien mit oxidationshemmenden Eigenschaften hergestellt sind, wie etwa rostfreiem Stahl oder Gummi. Ferner ist es bevorzugt, Isolierbeschichtungen (Lacke) auf die Außenoberfläche des Honwerkzeughauptkörpers 11 aufzutragen, zu dem Zweck der Rostverhinderung. Wenn andererseits der Honwerkzeughauptkörper 11 die ersten und zweiten Stangen 17A und 17B aus Eisenmaterialien hergestellt werden, können die Herstellungskosten reduziert werden. Ferner sind der Honwerkzeughauptkörper 11 und die Stangen 17A und 17B aus Eisen hergestellt, auf existierende Honvorrichtungen weithin anwendbar.
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4 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Prozesseinheit I zur Durchführung einer Honbehandlung an einer zylindrischen Innenoberfläche Wa des Werkstücks W. Die Prozesseinheit I ist mit einem Werkstückträger (nicht gezeigt) zum Positionieren und Halten des Werkstücks W sowie einer Einsetzführung 25 in der Form eines Hohlzylinders, der oberhalb des Werkstücks W angeordnet ist, versehen. Die Einsetzführung 25 führt das Einsetzen des Honwerkzeughauptkörpers 11, der sich von einem oberen Teil in das am Werkstückträger gehaltene Werkstück absenkt. Daher ist der Hauptkörper von der zylindrischen Innenoberfläche Wa des Werkstücks W umgeben. Die Prozesseinheit I enthält ferner ein Honflüssigkeitszuführelement zum Zuführen einer Honflüssigkeit, die nur wenig elektrisch leitfähig oder im Wesentlichen nicht elektrisch leitfähig ist, wie etwa ein Ölkühlmittel, zur zylindrischen Innenoberfläche Wa des Werkstücks W. In der Prozesseinheit I wird die Honendbearbeitung unter Verwendung der Honflüssigkeit durchgeführt, die nur wenig elektrisch leitfähig oder im Wesentlichen nicht elektrisch leitfähig ist.
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In der Prozesseinheit I wird das Werkstück W vom Werkstückträger gehalten. Dann zieht der Auf- und Abwärtsbewegungsmechanismus in den Honkopf 1 die ersten und zweiten Stangen 17A und 17B des Honwerkzeugs 10 in Richtung nach oben. Durch den Ziehvorgang bewegen sich die ersten und zweiten Honschuhe 13A und 13B zur Mittelachse Z des Honwerkzeugs 10 hin. Im Honwerkzeug 10 sind nämlich die Honschuhe 13A und 13B in einem Aggregatzustand (zentralisiert) angeordnet. Das Honwerkzeug 10 wird, in diesem oberhalb des Werkstücks W angeordneten Zustand, durch die Führung der Einsetzführung 25 nach unten verbracht und dann ins Innere der zylindrischen Innenoberfläche Wa des Werkstücks W gebracht. Während der Honwerkzeughauptkörper 11 innerhalb der zylindrischen Innenoberfläche Wa gehalten wird, wird die Honflüssigkeit, die im Wesentlichen nicht elektrisch leitfähig ist, wie etwa Ölkühlmittel, zugeführt. Gleichzeitig mit der Honflüssigkeitszufuhr wird das Honwerkzeug 10 in den vertikalen Richtungen entlang der Achse Z bewegt und auch dort herum in Drehung versetzt. Anschließend wird die Traktion der ersten und zweiten Stangen 17A und 17B des Honwerkzeugs 10 durch den Auf- und Abwärtsbewegungsmechanismus gelöst.
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Nach dem Lösen der Traktion bewegen sich die ersten und zweiten Stangen 17A und 17B aufgrund der Vorspannkraft der Feder 18 nach unten. Dann werden die obere Schrägfläche 17Aa und die untere Schrägfläche 17Ab der ersten Stange 17A in Druckkontakt mit den oberen Schrägflächen 13Aa und den unteren Schrägflächen 13Ab der Honschuhe 13A gebracht und gleiten darauf. Dementsprechend werden die ersten Honschuhe 13A von der Mittelachse Z aus weggedrückt (gespreizt). In anderen Worten, der erste Honschuh bewegt sich in radial auswärtigen Richtungen des Honwerkzeugs 10. Zusätzlich zum Obenstehenden werden die obere Schrägfläche 17Ba und die untere Schrägfläche 17Bb der zweiten Stange 17B in Druckkontakt mit den oberen Schrägflächen 13Ba und den unteren Schrägflächen 13Bb der Honschuhe 13B gebracht und gleiten darauf. Dann werden die zweiten Honschuhe 17A von der Mittelachse Z weggedrückt.
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Durch den obigen Vorgang kontaktieren die Außenoberflächen 21 der Honschuhe 20 die zylindrische Innenoberfläche Wa des hohlen Werkstücks W. Der Schleifvorgang (die Honbehandlung) der zylindrischen Oberfläche Wa mit den Honsteinen 20 beginnt durch das Ausüben eines vorbestimmten Kontaktdrucks auf die zylindrische Innenoberfläche Wa.
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Während der Honbehandlung wird der Zwischenraum zwischen der Außenumfangsoberfläche 16a des Honführungselements 16 und der zylindrischen Innenoberfläche Wa des Werkstücks W mit einem Mikrometer detektiert. Wenn das Mikrometer detektiert, dass ein vorbestimmter Zwischenraum zwischen der Außenumfangsoberfläche 16a des Honführungselements 16 und der zylindrischen Innenoberfläche Wa des Werkstücks W erhalten wurde, zieht der Aufwärts- und Abwärtsbewegungsmechanismus die ersten und zweiten Stangen 17A und 17B nach unten, und die oberen und unteren Schrägflächen 13Aa und 13Ab der ersten Honschuhe 13A werden von den oberen und unteren Schrägflächen 17Aa und 17Ab der ersten Stange 17A gelöst, und es werden auch die oberen und unteren Schrägflächen 13Ba und 13Bb der zweiten Honschuhe 13B von der Druckausübung durch die oberen und unteren Schrägflächen 17Ba und 17Bb der zweiten Stange 17B gelöst. Daher werden die ersten und zweiten Honschuhe 13A und 13B durch die Kraft der Federbänder 14a und 14b in Richtung der Achse Z bewegt. Die Honschuhe 13A und 13B werden nämlich von der zylindrischen Innenoberfläche Wa des Werkstücks W wegbewegt, d. h. von einer Behandlungsoberfläche der Honsteine. Somit ist die Honbehandlung abgeschlossen. Die Behandlung ab dem Beginn der Honbehandlung bis zu deren Abschluss wird als Prozessperiode bezeichnet.
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Wenn die Honbehandlung abgeschlossen ist, hören die Drehbewegung und die vertikale Bewegung des Honwerkzeugs 10 auf. Durch die Aufwärtsbewegung des Honkopfs 1 wird der Honwerkzeughauptkörper 11 von der Stelle innerhalb der Innenoberfläche Wa des Werkstücks W weggenommen und zu einer Stelle oberhalb der Einsetzführung 25 überführt. Danach wird das Werkstück W nach der Honbehandlung von dem Werkstückträger entfernt, und das nächste Werkstück wird zu dem Werkstückträger gebracht. In anderen Worten, die Werkstücke werden innerhalb einer Zeitdauer zwischen dem Abschluss der Honbehandlung und dem nächsten Beginn der Honbehandlung hinein- und herausgeschickt (Nichtprozessperiode).
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Wie aus dem Obigen ersichtlich, werden die Werkstücke W durch Wiederholung der Prozessperiode und der Nichtprozessperiode, was im Umlauf ausgeführt wird, aufeinanderfolgend der Honbehandlung unterzogen.
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6 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung eines Honprozesszyklus. In 6 ist die Zeit auf die Abszisse gelegt. Die als ”vertikaler Hub” bezeichnete Linie gibt die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Honwerkzeugs 10 an, das an dem Honkopf 1 vorgesehen ist. Die als ”Spindelmotor” bezeichnete Linie zeigt das ”Ein” und ”Aus” eines Spindelmotors, und dementsprechend das ”Ein” und ”Aus” der Drehbewegung des Honkopfs 1 und des Honwerkzeugs 10. Die als ”Honsteine” bezeichnete Linie zeigt die Bewegung der Honsteine 20 zu der ”gespreizten” Position und der ”zentralisierten” Position, wie oben beschrieben. Die als ”Werkstückbewegung” bezeichnete Linie beschreibt die Steuerzeiten vom Hinein- und Herausschicken von Werkstücken in Bezug auf die Prozesseinheit I. Wenn die Werkstückbewegung ”Ein” ist, befindet sich der Honkopf in der angehobenen Position und die Werkstücke werden hinein- und herausgeschickt. Ein fertiggestelltes Werkstück wird nämlich durch ein nächstes zu schleifendes Werkstück ersetzt, wenn die Bewegung ”Ein” ist. Andererseits werden die Werkstücke nicht hinein- und herausgeschickt, wenn in der Prozesseinheit I der Honvorgang ausgeführt wird. Diese Situation wird als ”Aus” beschrieben.
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Nachdem die Honbehandlung einschließlich der Prozessperiode und der Nichtprozessperiode wiederholt im Umlauf ausgeführt worden sind, sinkt die Schleifleistung der Honsteine 20 allmählich wegen des Abschliffs der Schleifpartikel in den Honsteinen. Dementsprechend wird die Prozessdauer länger. Erfindungsgemäß ist ein Prozessdauermesselement zum Messen der Prozessdauer vorgesehen. Wenn die Prozessdauer einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, wird angenommen, dass die Schleifleistung aufgrund des Abschliffs der Schleifpartikel in den Honsteinen auf einen vorbestimmten Wert abgesunken ist. Dann wird die elektrolytische Nachbearbeitungsbehandlung an den Honsteinen 20 während der Nichtprozessperiode angewendet, um die Arbeitspräzision einzuhalten.
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5 ist ein Diagramm zur Darstellung eines elektrolytischen Nachbearbeitungseinheit II zur Anwendung einer elektrolytischen Nachbearbeitungsbehandlung an den Honsteinen 20 des Honwerkzeugs 10.
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Die elektrolytische Nachbearbeitungseinheit II enthält ein Gefäß 31 zur Aufbewahrung einer Schleifflüssigkeit, die eine exzellente elektrische Leitfähigkeit hat, wie etwa eines wässrigen Kühlmittels 40. Das Gefäß 31 enthält einen Boden 32 und eine Wand 33, die sich vom Umfang des Bodens 32 erstreckt, und der obere Teil des Gefäßes 31 ist offen. Das Honwerkzeug 10 wird in das Gefäß 31 verbracht, wobei der Boden des Honwerkzeugs 10 auf dem Boden 32 des Gefäßes 31 angeordnet wird. Ein Honwerkzeugstützelement 35, das zum Positionieren des Honwerkzeugs 10 dient, ist am Boden 32 vorgesehen. Das Honwerkzeugstützelement 35 ist aus isolierendem Material hergestellt.
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Ferner ist ein Elektrodenstützelement 36 in der Form eines Hohlzylinders vertikal am Boden 32 vorgesehen. Die vertikale Wand des Elektrodenstützelements 36 umgibt das Honwerkzeugstützelement 35. Das Stützelement 36 ist aus isolierendem Material hergestellt, wobei sein Oberteil offen ist. Das Elektrodenstützelement 36 hat eine geringere Höhe als der Flüssigkeitspegel des wässrigen Kühlmittels 40 in dem Gefäß 31. eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 36b ist in die Umfangswand des Elektrodenstützelements 36 hinein perforiert, um die Strömung des wässrigen Kühlmittels 40 durch die Umfangswand beizubehalten.
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Eine Elektrode 37 zur elektrolytischen Im-Prozess-Nachbearbeitung (nachfolgend als ELID bezeichnet) ist an dem Elektrodenstützelement 36 vorgesehen. Die Elektrode 37 hat eine zylindrische Elektrodenoberfläche 37a und einen Flansch 37b. Die Elektrodenoberfläche 37a erstreckt sich entlang einer Innenoberfläche 36a des Elektrodenstützelements 36. Der Flansch ist am Oberende des Elektrodenstützelements 36 mittels Bolzen als Anschlusspole 38 befestigt. Die Elektrode 37 ist z. B. aus Eisen hergestellt, und die Anschlusspole 38 sind mit einer negativen Elektrode (Minus-Elektrode) eines Spannungsanlegeelements (nicht gezeigt) verbunden.
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Die ELID-Elektrode 37 in der Form eines Hohlzylinders ist entlang der Innenoberfläche 36a des zylindrischen Elektrodenstützelements 36 vorgesehen. Die Elektrode 37 nimmt den Honwerkzeughauptkörper 11 und die Honsteine 20 auf, indem sie diese an der Oberfläche 37a umgibt, wenn der Honwerkzeughauptkörper 11 und die Honsteine 20 mit dem Honkopf 1 nach unten verbracht werden. Daher weist die Oberfläche 37a der Elektrode 37 zu den Außenoberflächen 21 der Honsteine 20 mit einem Abstand dazwischen. Die Honsteine 20 sind an dem Honwerkzeug 10 vorgesehen, das durch das Honwerkzeugträgerelement 35 positioniert und gehalten wird. Die zylindrische Elektrode 37 hat einen Innendurchmesser, der einen Abstand im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 5 mm zwischen der Innenoberfläche 37a der Elektrode und den Außenoberflächen 21 der Honsteine 20 hat. Darüber hinaus ist die vertikale Länge der Elektrode 37 etwas größer als die Längen der Honsteine 20.
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Das Honwerkzeug 10 wird von der Prozesseinheit I zu einer Position oberhalb des Honwerkzeugstützelements 35 in der elektrolytischen Nachbearbeitungseinheit II überführt, wobei es der Bewegung des Honkopfs 1 folgt. Dann wird das Honwerkzeug 10 nach unten bewegt und in einen von dem Elektrodenstützelement 36 umgebenen Bereich eingesetzt und auf dem Honwerkzeugstützelement 35 richtig positioniert. Durch die Positionierung des Honwerkzeugs 10 durch das Honwerkzeugstützelement 35 weisen die Außenoberflächen 21 der Honsteine 20 zur Oberfläche 37a der ELID-Elektrode 37, wobei das wässrige Kühlmittel (die elektrisch leitfähige Flüssigkeit) 40 um die Außenoberfläche 21 der Honsteine 20 herum vorgesehen ist. Der Aufwärtsbewegung des Honkopfs 1 folgend wird das Honwerkzeug 10 aus dem Elektrodenstützelement 36 herausgenommen und bewegt sich nach oben. Dann wird das Honwerkzeug 10 durch die Bewegung des Honkopfs 1 zu der Prozesseinheit 1 zurückgebracht.
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Andererseits wird das Honwerkzeug 10 von der Prozesseinheit I zu einer Stelle oberhalb des Honwerkzeugstützelements 35 in der elektrolytischen Nachbearbeitungseinheit II bewegt. Das Honwerkzeug 10 ist so konfiguriert, dass es eine positive Elektrode (Plus-Elektrode) des Spannungsanlegeelements mit der Elektrode 39 des Honwerkzeughauptkörpers 11 verbindet und sie davon trennt, wenn das Honwerkzeug 10 zur Prozesseinheit I überführt wird.
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Nachdem das Honwerkzeug 10 zu einer Stelle oberhalb des Honwerkzeugstützelements 35 der elektrolytischen Nachbearbeitungseinheit II, basierend auf der Bewegung des Honkopfs 1, überführt worden ist, wird die Elektrode 39, die an dem Honwerkzeughauptkörper 11 des Honwerkzeugs 10 vorgesehen ist, mit der positiven Elektrode des Spannungsanlegeelements verbunden.
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Der Honkopf 1 wird entlang der Achse Z nach unten bewegt, wobei die Verbindung der Elektrode 39 mit der positiven Elektrode des Spannungsanlegeelements erhalten bleibt. Daher wird auch das Honwerkzeug 10 nach unten bewegt und zu einer Position innerhalb des Elektrodenstützelements 36 eingesetzt, sodass es auf dem Honwerkzeugstützelement 35 positioniert und getragen wird. Das Honwerkzeug 10, das auf dem Honwerkzeugstützelement 35 geeignet positioniert ist, weist zur Elektrodenoberfläche 37a der ELID-Elektrode 37, wobei sich ein wässriges Kühlmittel (elektrisch leitfähige Flüssigkeit) um die Außenoberflächen 21 der Honsteine 20 herum befindet.
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In diesem Zustand wird die von einer ELID-Stromquelle zugeführte negative Spannung an die ELID-Elektrode 37 angelegt, und zwar ausschließlich während der vorbestimmten Nachbearbeitungsperiode. Gleichzeitig wird von dem Spannungsanlegeelement eine positive Spannung an die Honsteine 20 über die Elektrode 39, den Honwerkzeughauptkörper 11 und die Honschuhe 13A und 13B angelegt. Dementsprechend werden die elektrisch leitfähigen Verbindungen in den Honsteinen 20 an den Außenoberflächen 21 durch den Elektrolysevorgang gelöst. Somit wird die elektrolytische Nachbearbeitung der vorliegenden Erfindung ausgeführt. Die elektrolytische Nachbearbeitung wird in einem stabilen Zustand durchgeführt, weil das wässrige Kühlmittel 40, das zwischen der Elektrodenoberfläche 37a und den Außenoberflächen 21 der Honsteine 20 vorgesehen ist, eine exzellente elektrische Leitfähigkeit hat. Die Zeitdauer für die elektrolytische Nachbearbeitung kann geeignet eingestellt werden, in Abhängigkeit von der Spannung für die Elektrolyse, dem Vorsprungsgrad der Schleifpartikel und dem Material, das als die elektrisch leitfähige Verbindung in den Honsteinen 20 verwendet wird. Z. B. ist es möglich, die Zeitdauer auf einige Sekunden voreinzustellen. Es ist auch möglich, den Vorsprungsgrad der Schleifpartikel durch geeignete Auswahl der Spannung für die Elektrolyse und der Dauer zur Durchführung der elektrolytischen Nachbearbeitung zu optimieren.
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Wenn die elektrolytische Nachbearbeitung der Honsteine 20 abgeschlossen ist, wird das Honwerkzeug 10 von dem Elektrodenstützelement 36 nach oben bewegt und durch die Bewegung des Honkopfs 1 zur Prozesseinheit I zurückgebracht. Wenn die Elektrode 36 des Honwerkzeugs 10 zur Prozesseinheit 1 überführt wird, wird die Elektrode 39 des Honwerkzeugs 10 von der positiven Elektrode der ELID-Stromquelle gelöst. Die für die elektrolytische Nachbearbeitung benötigte Zeitdauer ist kurz und wird den glattgängigen Betrieb der Honbehandlungen nicht beeinträchtigen. In 6 ist die Nachbearbeitungszeit durch die als ”Nachbearbeitungszeit” gekennzeichnete Linie gezeigt.
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In der Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in der Prozesseinheit I im Verlauf der wiederholten Durchführung der Honbehandlung mittels des Honwerkzeugs 10 eine im Wesentlichen nicht elektrisch leitfähige Honflüssigkeit, wie etwa ein öliges Kühlmittel, verwendet. Wenn die vorbestimmte Prozesszeit eine vorbestimmte Zeit als Schwellenwert überschreitet und die Schleifleistung wegen des Abschliffs der Honsteine 20 abgenommen hat, wird das Honwerkzeug 10 zur elektrolytischen Nachbearbeitungseinheit II bewegt. Darin werden die Honsteine 20 der elektrolytischen Nachbearbeitung mit einem wässrigen Kühlmittel unterzogen, das eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit hat. In der vorliegenden Erfindung besteht die Möglichkeit, eine elektrolytische Nachbearbeitung auch dann auszuführen, wenn die Werkstücke unter Anwendung einer Honflüssigkeit geschliffen werden, die eine geringe oder im Wesentlichen keine elektrisch leitfähige Eigenschaft hat. Im Ergebnis wird die Honbehandlung stabil ausgeführt, und man kann Honsteine 20 mit exzellenter Qualität erhalten, ohne eine Streuung der Oberflächenrauigkeit hinnehmen zu müssen. Darüber hinaus lässt sich verhindern, dass sich die Honsteine 20 zu stark abschleifen. Daher wird die Honbehandlung mit einer verbesserten Effizienz ausgeführt und wird die Bearbeitungsdauer verkürzt.
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Darüber hinaus wird die elektrolytische Nachbearbeitung in einer elektrolytischen Nachbearbeitungseinheit II ausgeführt, während das Honwerkzeug 10 an dem Honkopf 1 verbleibt, und die Werkstücke werden innerhalb einer extrem kurzen Zeitdauer in die Prozesseinheit 1 hinein und daraus weg überführt. Daher kann die Honbehandlung ausgeführt werden, ohne die Gesamtdauer des Honvorgangs zu beeinträchtigen.
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Ferner ist das in der Erfindung verwendete wässrige Kühlmittel leicht zu handhaben und wird weithin benutzt, ohne einen nachteiligen Einfluss auf das Honwerkzeug auszuüben.
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Was die Bestimmung der Nachbearbeitungszeitgebung betrifft, so nimmt der Schleifwiderstand der Honsteine 20 allmählich zu, wenn der Verschleiß der Honsteine 20 fortschreitet. Durch Nutzung dieses Phänomens kann die elektrolytische Nachbehandlung an den Honsteinen ausgeführt werden, wenn der Schleifwiderstand einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
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Auch besteht die Möglichkeit, eine Nachbearbeitungsbehandlung in Bezug auf die Honsteine durchzuführen, sobald eine vorbestimmte Anzahl von Nichtprozessperioden abgelaufen ist. Demzufolge können durch den Honvorgang Produkte mit ausgezeichneter Qualität hergestellt werden, wobei eine zu starke Verschlechterung der Schleifleistung der Honsteine vermieden wird. In anderen Worten, es kann eine Serie von Prozessperioden effizient innerhalb einer verkürzten Prozesszeit ausgeführt werden, indem verhindert wird, dass die Honsteine zu stark verschleißen.
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Ferner ist die elektrolytische Nachbearbeitung der Erfindung auch auf jede Art von Rädern anwendbar, solange die Räder durch elektrolytische Nachbearbeitung behandelt werden können. Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung sind auch auf andere Techniken einschließlich Superfinishing anwendbar, wo Werkstücke mit einer Honflüssigkeit geschliffen werden, die eine geringe oder keine elektrisch leitfähige Eigenschaft hat, und die Honsteine aus Schleifpartikeln und einer elektrisch leitfähigen Verbindung dafür hergestellt sind.
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Als die elektrisch leitfähige Flüssigkeit für die elektrolytische Nachbearbeitung können, zusätzlich zu dem wässrigen Kühlmittel, viele Arten von elektrisch leitfähigen Schleifflüssigkeiten angewendet werden.
